专家详解“神舟八号”与“天宫一号”对接技术

　　118个传感器、5个控制器、上千个齿轮轴承、18个电机和电磁拖动机构、数以万计的零件和紧固件……呈现在记者眼前的两台银灰色圆柱状的精密复杂仪器，就是与“神舟八号”与“天宫一号”对接机构一模一样的试验鉴定件。

　　在“神舟八号”与“天宫一号”即将执行我国首次空间交会对接任务之际，记者来到对接机构的研制单位上海航天技术研究院805所，探访这两个航天器如何进行“太空之吻”？

　　对接结构在地面已进行1101次试验

　　在太空将两个航天器对接起来形成一个“组合航天器”的对接技术，是人类载人航天活动的一项关键技术。目前，世界载人航天领域使用的对接机构有两大类：一类是美国航天飞机的“异体同构周边”式对接机构，另一类是俄罗斯和欧空局ATV飞船上的“锥-杆”式对接机构。“瞄准世界先进水平，我国对接机构采用了导向板内翻式的异体同构周边式构型，对接机构所有的仪器设备都安装在周边，中间留了直径800毫米的人孔通道，宇航员和货物就是从这个通道运送。”上海航天技术研究院研究员、交会对接大型地面试验系统原负责人陶建中介绍说。

　　陶建中说，对接机构在我国是一项全新技术，许多问题都是以前从未遇到的，其中最主要的技术难点有四个方面：一是如何保证两个飞行器相撞时“不撞坏、不弹开”，软硬适度；二是如何保证很多相互矛盾的动作(如推-拉、合-分等)组合在一起具有高可靠度；三是许多复杂的产品要协调安装于周边，中间留出人孔通道，如何实现系统集成；四是如何在地面充分试验、模拟天上微重力情况下的对接分离过程。

　　针对对接机构的技术难点，上海航天技术研究院805所的研制队伍进行了长达16年的科技攻关，在仿真先行、高可靠的设计技术、集成技术和地面模拟等关键技术上，一一取得了突破，目前已成功申报20多项专利。对接机构在“上天”之前，已经在地面上进行1101次对接试验、647次分离试验。

　　对接分为8个步骤约需十分钟时间

　　两个航天器在太空的交会和对接是两个不同过程。

　　陶建中介绍，当“神舟八号”和“天宫一号”在同一时刻以同样的速度到达同一个地点顺利交会，两个飞行器的速度、位置、姿态、偏差等11个参数满足对接的初始条件后，飞行器就将停止控制，让它们根据惯性进行碰撞，整个对接过程一共大约需要十分钟时间。

　　对接过程分为8个步骤：

　　第一步是“相撞”。

　　在惯性作用下，8吨重的“神舟八号”与8.6吨重的“天宫一号”以每秒0.2米左右的速度进行相撞，当“神舟八号”上的主动对接机构碰撞上“天宫一号”上的被动对接机构，对接过程正式开始。

　　第二步是“捕获”。

　　当“神舟八号”主动对接机构上的对接环，接到失衡传感器发出对接指令信号后，6根滚珠丝杆就会向外推出200多毫米，对接环上安装的3对捕获锁，撞到“天宫一号”被动对接机构相对应的卡板器，就会被牢牢卡住。

　　第三步是“缓冲”。

　　“神舟八号”对接环受到撞击后，将会通过一套传动机构，联向对接机构上的摩擦自动器和电磁阻尼器，分别吸收纵向和横向的撞击能量，进行缓冲。碰撞、捕获、缓冲三个步骤共需要大约60秒时间。

　　第四步是“校正”。

　　当“神舟八号”成功捕获“天宫一号”并实施缓冲后，“神舟八号”对接环的6根滚珠丝杆继续往外推至300毫米，同时对两个航天器的姿态、位置和偏差等进行强行校准，校准时间约需80秒。

　　第五步是“拉近”。

　　校准后，“神舟八号”对接环的6根滚珠丝杆缓缓收缩，将两个飞行器“拉近”，这一过程约需240秒。

　　第六步是“拉紧”。

　　“神舟八号”和“天宫一号”的对接面上，分别安装了6组共12把对接锁，每把对接锁的拉力达3吨。当两个飞行器被拉近后，两个对接面的12把对接锁一一相扣。

　　第七步是“密封”。

　　两个飞行器拉紧后，对接机构上的驱动电机将带动钢丝绳系统，将两个连接器面上的密封圈压缩，保持密封。

　　第八步是“刚性连接”。

　　通过对接锁使两个连接器贴合，实现“刚性连接”，将两个航天器组合成一体。拉紧、密封和刚性连接共需220秒。

　　连接后的“组合航天器”由“天宫一号”控制

　　据陶建中介绍，“神舟八号”和“天宫一号”实现刚性连接后，将通过制动控制系统，接通两个航天器的电气液路通道，进行信息和能源并网。连接后的“组合航天器”由天宫一号控制，“神舟八号”处于停靠状态，但如果出现故障，“神舟八号”则可以立即进行“替补”。

　　在联合飞行任务结束后，或在紧急状态下，实现两个飞行器的安全分离也至关重要。根据程序设计，对接锁可自动分离，一旦出现故障，也可手动分离，将两个对接机构掰开；此外，还可以采用火工品将对接机构炸开，实行强行分离。

　　交会对接的6大关节点

　　一、远距离导引

　　“抛整流罩”“船箭分离”“太阳帆板展开”……随着飞控大厅内指挥调度员的一个个口令，神舟八号向着在太空中以倒飞姿态飞行的天宫一号目标飞行器不断靠近。飞船入轨时，两个飞行器相距近1万公里。迢迢星河，一朝飞渡。

　　二、自主导引

　　神八飞船到达天宫后下方约52公里位置之后，转入自主导引控制。能不能找到天宫一号并顺利对接，得靠神舟八号自己的“慧眼”了。这一关节点分三个阶段：寻的段、接近段、平移靠拢段。

　　三、牵手对接

　　从对接机构接触开始，神八与天宫一号要在15分钟内完成捕获、缓冲、拉近和锁紧四个过程，最终实现两个航天器之间的刚性连接，形成组合体。

　　四、组合飞行

　　第一次对接完成后，天宫一号与神舟八号以组合体飞行模式飞行。组合体在轨飞行12天左右，将择机进行第二次交会对接试验。

　　五、再度牵手

　　组合体飞行12天后，对接机构解锁，两个飞行器分离，神舟八号飞船撤离至相距天宫一号目标飞行器140米处停泊，按程序进行第二次交会对接。

　　六、飞船返回

　　与天宫一号二次分离后，神舟飞船将由倒飞转入正飞状态，进入后续的正常飞行与返回阶段。期间会根据轨道运行参数情况做一次轨道维持，保证飞船返回的升交点能够正常，以便于安全降落。